Công nghệ pin mới có khả năng giảm đáng kể chi phí lưu trữ năng lượng
Hình ảnh kính hiển vi điện tử. a–c) Ảnh TEM, HAADF-STEM và ảnh ánh xạ nguyên tố tương ứng của S@MoS2-Mo1/SGF. d–f) Chế độ xem HR-STEM và mô hình QSTEM tương ứng với sơ đồ minh họa cấu trúc đơn lớp 2H-MoS2. Tài liệu nâng cao (2022). DOI: 10.1002/adma.202206828
Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đang hy vọng rằng một loại pin mới, chi phí thấp có khả năng cung cấp năng lượng gấp bốn lần pin lithium-ion và chi phí sản xuất rẻ hơn nhiều sẽ giúp giảm đáng kể chi phí chuyển đổi sang nền kinh tế khử cacbon.
Do Tiến sĩ Shenlong Zhao từ Trường Kỹ thuật Hóa học và Sinh học phân tử của trường đại học đứng đầu, pin đã được sản xuất bằng cách sử dụng natri-lưu huỳnh—một loại muối nóng chảy có thể được xử lý từ nước biển—chi phí sản xuất thấp hơn nhiều so với lithium-ion.
Mặc dù pin natri-lưu huỳnh (Na-S) đã tồn tại hơn nửa thế kỷ, nhưng chúng vẫn là một giải pháp thay thế kém chất lượng và việc sử dụng rộng rãi chúng đã bị hạn chế do công suất năng lượng thấp và vòng đời ngắn.
Sử dụng quy trình nhiệt phân đơn giản và các điện cực dựa trên cacbon để cải thiện khả năng phản ứng của lưu huỳnh và khả năng đảo ngược của phản ứng giữa lưu huỳnh và natri, loại pin của các nhà nghiên cứu đã rũ bỏ danh tiếng chậm chạp trước đây, thể hiện công suất siêu cao và tuổi thọ cực cao trong phòng nhiệt độ.
Các nhà nghiên cứu cho biết pin Na-S cũng là một giải pháp thay thế đậm đặc năng lượng hơn và ít độc hại hơn so với pin lithium-ion, mặc dù được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và để lưu trữ năng lượng, nhưng chi phí sản xuất và tái chế lại đắt đỏ.
Pin Na-S của Tiến sĩ Zhao đã được thiết kế đặc biệt để cung cấp giải pháp hiệu suất cao cho các hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo lớn, chẳng hạn như lưới điện, đồng thời giảm đáng kể chi phí vận hành.
Theo Hội đồng Năng lượng Sạch, vào năm 2021, 32,5% điện năng của Úc đến từ các nguồn năng lượng sạch và ngành này đang tăng tốc. Dự trữ năng lượng hộ gia đình cũng đang phát triển. Theo một báo cáo gần đây, con số kỷ lục 33.000 pin đã được lắp đặt vào năm 2021.
"Pin natri của chúng tôi có khả năng giảm đáng kể chi phí trong khi cung cấp khả năng lưu trữ gấp bốn lần. Đây là một bước đột phá quan trọng để phát triển năng lượng tái tạo, mặc dù giúp giảm chi phí trong thời gian dài nhưng vẫn có một số rào cản tài chính đối với việc gia nhập," ông cho biết trưởng nhóm nghiên cứu, Tiến sĩ Zhao.
"Khi mặt trời không chiếu sáng và gió không thổi, chúng ta cần các giải pháp lưu trữ chất lượng cao mà không gây tốn kém cho Trái đất và có thể dễ dàng tiếp cận ở cấp địa phương hoặc khu vực.
"Chúng tôi hy vọng rằng bằng cách cung cấp một công nghệ giúp giảm chi phí, chúng tôi có thể sớm đạt được chân trời năng lượng sạch. Có lẽ không cần phải nói nhưng chúng tôi có thể khử cacbon càng nhanh—chúng tôi càng có nhiều cơ hội hạn chế sự nóng lên.
"Các giải pháp lưu trữ được sản xuất bằng cách sử dụng các nguồn tài nguyên dồi dào như natri—có thể được xử lý từ nước biển—cũng có khả năng đảm bảo an ninh năng lượng lớn hơn trên diện rộng hơn và cho phép nhiều quốc gia tham gia vào quá trình chuyển đổi theo hướng khử cacbon."
Pin quy mô phòng thí nghiệm (pin cion) đã được chế tạo và thử nghiệm thành công tại cơ sở kỹ thuật hóa học của Đại học Sydney. Các nhà nghiên cứu hiện có kế hoạch cải thiện và thương mại hóa các tế bào túi cấp độ Ah được chế tạo gần đây.
Bài báo đã được xuất bản trong Advanced Materials và có sự tham gia của các nhà nghiên cứu từ Đại học Sydney, Đại học Wollongoning, Đại học Trùng Khánh, Đại học Adelaide, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc và Học viện Khoa học Trung Quốc.
